Improved synthesis routes and coating approaches of anisotropic magnetite nanoparticles for theranostics
Esta tesis aborda la síntesis, caracterización y funcionalización de nanoestructuras magnéticas biocompatibles y anisótropas de óxido de hierro (Fe3O4) para su aplicación en diagnóstico biomédico mediante imagen de resonancia magnética (MRI) y uso terapéutico en dos modalidades de hipertermia: magné...
| Autor: | |
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| Tipo de documento: | tese |
| Data de publicação: | 2020 |
| País: | España |
| Recursos: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositório: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglês |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:233680 |
| Acesso em linha: | https://ddd.uab.cat/record/233680 |
| Access Level: | Acceso aberto |
| Palavra-chave: | Nanopartícules Calor Nanoestructures Sistemes nanoelectromecànics |
| Resumo: | Esta tesis aborda la síntesis, caracterización y funcionalización de nanoestructuras magnéticas biocompatibles y anisótropas de óxido de hierro (Fe3O4) para su aplicación en diagnóstico biomédico mediante imagen de resonancia magnética (MRI) y uso terapéutico en dos modalidades de hipertermia: magnética y fototérmica. Para ello, se escogieron dos tipos de estructuras: nanocubos y nanorods. Para sintetizar los nanocubos, se probaron varios métodos ya publicados. Sin embargo, ninguno de ellos proporcionó resultados completamente satisfactorios en cuanto a monodispersión de tamaños, reproducibilidad, pureza de fase, alta cristalinidad y definición de forma. Por ello, desarrollamos una estrategia nueva basada en la introducción de oleato de sodio y una mezcla de disolventes que permitían el control de la temperatura de reflujo y la polaridad del medio, lo que además mejoró la estabilidad química del entorno en el que tenía lugar el crecimiento, dando lugar a una síntesis más reproducible. Estos resultados mostraron el éxito a la hora de producir partículas cúbicas en un rango de tamaños muy amplio, con unas excelentes propiedades y reproducibilidad. En cuanto a los nanorods, la síntesis fue especialmente complicada, ya que la estructura cúbica del Fe3O4 dificulta la formación de morfologías tan alargadas. De entre todos los procedimientos probados, solo la síntesis solvotermal dio buenos resultados. Para tener un mejor control sobre el tamaño y la relación de aspecto, se desarrollaron nuevas estrategias basadas en el ajuste de la presión y del ratio entre surfactantes. La superficie de las partículas sintetizadas es hidrófoba y por tanto fue necesario modificarla para que éstas pudieran dispersarse en medios biológicos. Además, el recubrimiento de las partículas debería proporcionar grupos funcionales para conjugar biomoléculas y así dirigirlas contra células malignas. Se probaron varias estrategias y los resultados mostraron que, a pesar de que la repulsión electrostática puede ser suficiente para estabilizar nanopartículas pequeñas o no magnéticas, en nuestro caso era necesario combinarla con impedimento estérico para evitar la agregación irreversible. Con este fin, se desarrolló un nuevo procedimiento de encapsulación basado en la formación de bicapas lipídicas que, a pesar de dar resultados prometedores, fue descartado finalmente al tener en cuenta el tiempo que se necesitaría para optimizar completamente todo el protocolo. En su lugar, se usó un procedimiento basado en la encapsulación con copolímeros anfipáticos, que también dio unos resultados excelentes, garantizando la estabilidad coloidal en entornos biológicos. El potencial biomédico de las partículas se evaluó primero como herramienta diagnóstica midiendo el contraste T2 para resonancia magnética de partículas de diferentes tamaños y formas, resaltando el mayor contraste de las nanopartículasanisótropas respecto a las isótropas (esferas). En cuanto al uso terapéutico, se evaluó también el potencial de las partículas en hipertermia magnética. Los resultados mostraron una buena capacidad de calentamiento a pesar de las suaves condiciones que usamos en nuestro estudio. Además, gracias a un amplio estudio espectroscópico teórico y experimental, se vio que las nanopartículas de Fe3O4 son adecuadas para fototermia, sobre todo en la segunda ventana biológica del infrarrojo cercano (1000-1350 nm). Esta región espectral es especialmente interesante porque permite la aplicación de mayores potencias de irradiación y tiene una mayor penetración en los tejidos humanos. A 1064 nm se consiguieron eficiencias de calentamiento óptico similares a los mejores agentes fototérmicos. Además, se aprovecharon las anisotropías magnética y óptica para medir la temperatura local en tiempo real mediante un método relativamente nuevo. Los experimentos in vitro usando células tumorales HeLa demostraron que las nanopartículas son internalizadas fácilmente y que no son tóxicas para concentraciones inferiores a 4 mM de hierro y que la fototermia usando nanocubos de Fe3O4 es una terapia excelente para destruir células tumorales. |
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